CN212301350U - 一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，包括可置于钢管内的支撑杆，支撑杆的一侧沿轴向间隔设置有多个摄像头，每个摄像头均对应设置有双光源灯组，双光源灯组包括设置于摄像头一侧的蓝色光源灯和设置于摄像头另一侧的红色光源灯。本实用新型通过蓝色光源和红色光源双光源的配合，增强图像轮廓对比度，保证图像的亮度以及均匀度，利于后续的缺陷分析和识别。

Description

一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统

技术领域

本实用新型涉及涂层缺陷检测技术领域，特别是指一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统。

背景技术

现有的钢管内壁涂层缺陷检测，人工检测效率低，而且会因为人员疲劳、手动旋转的不连续等原因而产生漏判。用自动检测取代人工检测会有效解决人工检测的这些问题，提高生产效率，降低工人的劳动强度。

基于机器视觉系统的自动检测，图像采集和处理是关键，所有信息均来源于图像之中，图像本身的质量对整个视觉系统极为关键。而光源则是影响机器视觉系统图像水平的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30％的应用效果。通过适当的光源照明设计，使图像中的目标信息与背景信息得到最佳分离，可以大大降低图像处理算法分割、识别的难度，同时提高系统的定位、测量精度，使系统的可靠性和综合性能得到提高。反之，如果光源设计不当，会导致在图像处理算法设计和成像系统设计中事倍功半。因此，光源及光学系统设计的成败是决定系统成败的首要因素。

实用新型内容

本实用新型提出一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，通过蓝色光源和红色光源双光源的配合，增强图像轮廓对比度，保证图像的亮度以及均匀度，利于后续的缺陷分析和识别。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，包括可置于钢管内的支撑杆，支撑杆的一侧沿轴向间隔设置有多个摄像头，每个摄像头均对应设置有双光源灯组，双光源灯组包括设置于摄像头一侧的蓝色光源灯和设置于摄像头另一侧的红色光源灯。

进一步地，蓝色光源灯和红色光源灯均为面光源灯。

进一步地，一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，还包括缺陷视觉检测系统，缺陷视觉检测系统包括依次相连的采集图形模块、抽取灰度图像模块、滤波处理模块、提取轮廓模块、形态分析模块和得出结果模块，采集图形模块与摄像头相连。

进一步地，一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，还包括支撑平台和设置有支撑平台上方的工作台，支撑平台的上侧设置有驱动工作台沿轴向移动的的轴向移动机构，工作台的上端设置有钢管旋转机构，支撑杆位于工作台的左侧，支撑杆的左端与支撑平台的左端相连，右端为自由端，工作台一侧的支撑平台上设置有显示器和报警装置。

进一步地，钢管旋转机构包括第一电机驱动的钢管夹持件，钢管夹持件设置于工作台上侧的右端，钢管夹持件左侧的工作台上沿轴向设置有多个钢管支撑辊组，钢管支撑辊组包括沿垂直于轴向设置的2个辊轮，2个辊轮之间设置有用于检测钢管有无的第一位置传感器。

进一步地，工作台上侧的左端设置有用于检测支撑杆是否进入钢管的第二位置传感器，支撑平台上侧的右端设置有用于定位工作台起始位置的第三位置传感器，工作台下侧的右端设置有与第三位置传感器配合的定位杆，支撑平台上侧的左端设置有用于定位工作台左移极限位置的第四位置传感器，右端设置有用于定位工作台右移极限位置的第五位置传感器，第三位置传感器位于第四位置传感器和第五位置传感器之间。

进一步地，轴向移动机构包括第二电机驱动的滚珠丝杆，滚珠丝杆沿轴向方向设置于支撑平台的上侧，滚珠丝杆两侧的支撑平台上设置有轴向的导轨，工作台的下端滑动置于滚珠丝杆上。

本实用新型的有益效果：

本实用新型利用光学原理和计算机形态学分析对工件内壁缺陷进行自动识别，提高生产效率，通过蓝色光源和红色光源双光源的配合，增强图像轮廓对比度，保证图像的亮度以及均匀度，利于后续的缺陷分析和识别；钢管内壁涂层缺陷检测装置实现工件钢管的自动平移和自动旋转，实现钢管内壁涂层缺陷的连续检测，避免漏判；当发现缺陷时经报警装置发出提示，避免漏检。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型钢管内壁涂层缺陷检测装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为摄像头的结构示意图；

图4为钢管支撑辊组的结构示意图；

图5为第三位置传感器的结构示意图；

图6为缺陷视觉检测系统的结构示意图；

图7为本实用新型使用方法的工作流程图。

支撑平台1，工作台2，支撑杆3，摄像头4，蓝色光源灯5，红色光源灯6，第一电机7，钢管夹持件8，辊轮9，第一位置传感器10，第二位置传感器11，第三位置传感器12，定位杆13，第四位置传感器14，第五位置传感器15，第二电机16，滚珠丝杆17，导轨18，显示器19，报警装置20，采集图形模块21，抽取灰度图像模块22，滤波处理模块23，提取轮廓模块24，形态分析模块25，得出结果模块26，钢管27。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1-3所示，一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，包括支撑平台1和设置有支撑平台1上方的工作台2，支撑平台1的上侧设置有驱动工作台2沿轴向移动的的轴向移动机构，工作台2的上端设置有钢管旋转机构，工作台2左侧的支撑平台1上设置有光学成型装置，光学成型装置包括可置于钢管27内的支撑杆3，支撑杆3的左端通过固定座固定于支撑平台1的左端，右端为自由端，支撑杆3的一侧沿轴向间隔设置有多个摄像头4，每个摄像头4均对应设置有双光源灯组。双光源灯组包括安装于摄像头4一侧的多个蓝色光源灯5和安装于摄像头4另一侧的多个红色光源灯6，蓝色光源灯5和红色光源灯6均与视觉光源专业可调电源相连，蓝色光源灯5和红色光源灯6均为面光源灯。工作台2一侧的支撑平台1上安装有显示器19和报警装置20，报警装置20可为报警灯或者蜂鸣器等，显示器19为计算机显示屏。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：如图5所示，钢管旋转机构包括第一电机7驱动的钢管夹持件8，钢管夹持件8为气动夹，钢管夹持件8的右端穿过轴承座与第一电机7通过皮带传动，第一电机7固定于工作台2下侧的右端，轴承座固定于工作台2上侧的右端。第一电机7为伺服电机。

如图2和4所示，钢管夹持件8左侧的工作台2上沿轴向安装有多个钢管支撑辊组，钢管支撑辊组包括沿垂直于轴向安装的2个辊轮9，2个辊轮9用于支撑钢管27下端的两侧，2个辊轮9之间安装有朝上的第一位置传感器10，第一位置传感器10为接近开关，用于检测钢管27的有无。

如图2和5所示，工作台2上侧的左端安装有用于检测支撑杆3是否进入钢管27的第二位置传感器11，支撑平台1上侧的右端安装有用于定位工作台2起始位置的第三位置传感器12，工作台2下侧的右端安装有与第三位置传感器12配合的定位杆13。

支撑平台1上侧的左端设置有用于定位工作台2左移极限位置的第四位置传感器14，右端设置有用于定位工作台2右移极限位置的第五位置传感器15，第三位置传感器12位于第四位置传感器14和第五位置传感器15之间。第二位置传感器11、第三位置传感器12、第四位置传感器14和第五位置传感器15均为接近开关。

如图2所示，轴向移动机构包括第二电机16驱动的滚珠丝杆17，滚珠丝杆17沿轴向方向设置于支撑平台1的上侧，滚珠丝杆17的两端均通过轴承座固定于支撑平台1上，滚珠丝杆17两侧的支撑平台1上均固定有轴向的导轨18，滚珠丝杠上滑动套装有滑座，工作台2的下端与滑座固定相连，工作台2的两侧通过滑块滑动置于导轨18上。第二电机16为伺服电机。

实施例三

本实施例与实施例一或二基本相同，不同之处在于：一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，还包括缺陷视觉检测系统和控制系统，控制系统采用运动控制卡，缺陷视觉检测系统、光学成型装置、钢管旋转机构和轴向移动机构均与控制系统相连。通过运动控制卡、2个伺服电机以及各个位置传感器的配合，实现对工件钢管27的旋转和平移的速度与位置运动控制，从而利于钢管27的位置定位。

如图6所示，缺陷视觉检测系统包括依次相连的采集图形模块21、抽取灰度图像模块22、滤波处理模块23、提取轮廓模块24、形态分析模块25和得出结果模块26。

缺陷视觉检测系统安装于计算机上，摄像机通过计算机与采集图形模块21相连，滤波处理模块23采取中值滤波，可有效地消除孤立噪声像素点，又能够较好的保持图像的细节，防止图像的轮廓变得模糊。

提取轮廓模块24，根据熵值(entropy)来提取轮廓，采用一维最大熵阈值图像分割法，是统计图像中每一个灰度级出现的概率，计算该灰度级的熵，假设以灰度级T分割图像，图像中低于T灰度级的像素点构成目标物体(O)，高于灰度级T的像素点构成背景(B)，对图像中的每一个灰度级分别求熵，选取使熵最大的灰度级作为分割图像的阈值。

形态分析模块25，去掉面积小于设定像素的粒子，例如去掉面积小于40个像素的粒子，40个像素换算成面积是14.5×24/640×480×40＝0.045mm²；得出结果模块26，去掉小粒子后，根据有没有得到剩余粒子而得出有无缺陷的结论。并用明显的颜色在图上标出缺陷。

如图7所示，采用实施例一至三所述的钢管内壁涂层缺陷检测装置的检测方法，包括以下步骤：

(1)沿轴向将钢管27的右端与钢管夹持件8相连，钢管27的下端置于钢管支撑辊组上，第一位置传感器10检测到有钢管27并发送信号至控制系统；

(2)控制系统控制第二电机16启动，通过工作台2带动钢管27轴向移动至设定的位置，第二电机16停止，支撑杆3的右端置于钢管27内，第二位置传感器11检测到支撑杆3并发送信号至控制系统；

(3)启动第一电机7，通过钢管夹持件8带动钢管27旋转至指定的位置，第一电机7停止；启动摄像头4采集图形并传送至缺陷视觉检测系统进行分析是否有缺陷，若是有缺陷，报警装置20进行报警，等待处理；

(4)步骤(3)中若是无缺陷或者缺陷处理完毕后，重复步骤(2)和(3)。

步骤(2)中，当第四位置传感器14感应到工作台2时，第二电机16停止，工作台2停止左移；当第一电机7反向旋转，带动工作台2右移复位，第三位置传感器12感应到工作台2，则第一电机7停止工作，若是第三位置传感器12出故障等因素，第一电机7未及时停止，工作台2继续右移，第五位置传感器15感应到工作时，第一电机7停机。通过上述步骤，实现平台移动的自动定位，避免装置损伤。

不同颜色光源下检测缺陷呈现不同的效果，红色光源波长通常在600-700之间，其波长比较长，可以透过一些比较暗的物体，蓝色光源波长为430-480之间，蓝色光源和红色光源与白色光源效果相比，更能增强图像轮廓对比度；单光源和双光源相比，单光源画面亮度不均匀。另外，面光源比点光源亮度更均匀，故本实用新型选择面光源。

步骤(3)中，缺陷视觉检测系统进行分析是否有缺陷，如图6所示，包括以下步骤：

1)采集图形模块21通过摄像头采集彩色图片，并将采集的钢管内部图片自动拼接成矩形展开图，在显示器19上展示；

2)抽取灰度图像模块22将步骤1)采集的彩色图像转换成灰度图像；

3)滤波处理模块23采取中值滤波对步骤2)中的灰度图像进行处理，经过实验，中值滤波对脉冲噪声有良好的滤除作用，特别是在滤除噪声的同时，能够保护信号的边缘，使之不被模糊。这些优良特性是线性滤波方法所不具有的；

4)提取轮廓模块24根据熵值来提取轮廓，经过实验，使用根据熵值来提取轮廓的方法，提取的目标较完整，同时去掉的没用的背景信息最多；

5)形态分析模块25去掉面积小于设定像素的粒子，滤掉微小的像素，从而提取出需要的特征；

6)得出结果模块26，根据有没有得到剩余粒子而得出有无缺陷的结论，并用绿色线标记缺陷，在显示器19上展示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，其特征在于：包括可置于钢管(27)内的支撑杆(3)，支撑杆(3)的一侧沿轴向间隔设置有多个摄像头(4)，每个摄像头(4)均对应设置有双光源灯组，双光源灯组包括设置于摄像头(4)一侧的蓝色光源灯(5)和设置于摄像头(4)另一侧的红色光源灯(6)。

2.根据权利要求1所述的一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，其特征在于：蓝色光源灯(5)和红色光源灯(6)均为面光源灯。

3.根据权利要求1所述的一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，其特征在于：还包括支撑平台(1)和设置有支撑平台(1)上方的工作台(2)，支撑平台(1)的上侧设置有驱动工作台(2)沿轴向移动的轴向移动机构，工作台(2)的上端设置有钢管旋转机构，支撑杆(3)位于工作台(2)的左侧，支撑杆(3)的左端与支撑平台(1)的左端相连，右端为自由端，工作台(2)一侧的支撑平台(1)上设置有显示器(19)和报警装置(20)。

4.根据权利要求3所述的一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，其特征在于：钢管旋转机构包括第一电机(7)驱动的钢管夹持件(8)，钢管夹持件(8)设置于工作台(2)上侧的右端，钢管夹持件(8)左侧的工作台(2)上沿轴向设置有多个钢管支撑辊组，钢管支撑辊组包括沿垂直于轴向设置的2个辊轮(9)，2个辊轮(9)之间设置有用于检测钢管(27)有无的第一位置传感器(10)。

5.根据权利要求3或4所述的一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，其特征在于：工作台(2)上侧的左端设置有用于检测支撑杆(3)是否进入钢管(27)的第二位置传感器(11)，支撑平台(1)上侧的右端设置有用于定位工作台(2)起始位置的第三位置传感器(12)，工作台(2)下侧的右端设置有与第三位置传感器(12)配合的定位杆(13)，支撑平台(1)上侧的左端设置有用于定位工作台(2)左移极限位置的第四位置传感器(14)，右端设置有用于定位工作台(2)右移极限位置的第五位置传感器(15)，第三位置传感器(12)位于第四位置传感器(14)和第五位置传感器(15)之间。

6.根据权利要求5所述的一种用于钢管内壁涂层缺陷检测的光学成像显示系统，其特征在于：轴向移动机构包括第二电机(16)驱动的滚珠丝杆(17)，滚珠丝杆(17)沿轴向方向设置于支撑平台(1)的上侧，工作台(2)的下端滑动置于滚珠丝杆(17)上。

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